齿轮是重要的工业基础件,其服役性能直接决定装备可靠性。长期以来我国重主机、轻部件,在齿轮的高可靠、长寿命、轻量化方面,国外先进水平存在显著差距。高表面完整性是决定齿轮服役性能的重要保障。喷丸强化技术是一种机械冷加工方法,借助高速运动的弹丸流持续冲击材料表面,使材料表层发生塑性变形,表层材料组织得到细化,硬度和耐磨性显著提升。与此同时,喷丸还能在表面形成残余压应力层,提高齿轮抗疲劳性能和抗应力腐蚀性能。喷丸强化作为一种典型表面强化技术,相比于其他强化技术具有强化效果显著、实施方便、适应面广、能耗低等特点,广泛应用在齿轮表面强化中提高表面完整性。然而,限于齿轮喷丸强化机理认识不清楚,喷丸工艺参数与表面粗糙度、残余应力分布、材料微观组织等表面完整性参数的关联规律不明确,工艺参数选取严重依赖经验,导致喷丸强化工艺效果不佳,制约了喷丸在提高齿轮接触疲劳强度及弯曲疲劳强度等方面的推广。为高效强化齿轮表面并控制成本,喷丸强化机理揭示与关键工艺参数优化成为高性能齿轮喷丸强化的重要研究方向。因此,本论文建立喷丸工艺参数预测的仿真模型并开展试验研究,阐明喷丸工艺参数与表面完整性强化之间的关联规律,揭示喷丸强化机理与齿面表面完整性的演变特征,为喷丸强化工艺参数优化提供了理论和试验支撑,具有较高的科学价值和工程意义。本文面向风电、航空为代表的高性能齿轮应用领域,以18Cr Ni Mo7-6渗碳齿轮钢为研究对象,开展喷丸强化机理与工艺参数研究,建立考虑实测材料屈服强度、残余应力梯度、初始表面形貌的渗碳齿轮钢随机多弹丸喷丸强化模型,并开展强化工艺试验研究,探究喷丸工艺参数与表面完整性的关联规律,为高性能齿轮的抗疲劳设计制造提供理论支撑及技术支持。论文主要研究内容如下:（1）开展齿轮喷丸试验,建立喷丸表面完整性参数表征体系。通过对18Cr Ni Mo7-6进行喷丸处理,测量喷丸前后的表面形貌、残余应力、硬度、微结构,建立一套喷丸与表面完整性关联规律的表征与重构体系,为研究喷丸的影响机制提供输入条件和评价方法支撑。（2）建立考虑初始材料的硬度梯度、残余应力梯度、表面形貌的渗碳齿轮随机多弹丸喷丸强化模型。基于试验表征的结果对喷丸有限元模型进行建模,建模过程中针对风电重载齿轮材料的加工过程,考虑了由渗碳硬化带来的硬度分布及残余应力等力学性能的梯度特征以及表面微观形貌特征。建立了包含考虑喷丸前材料硬度梯度、表面形貌及残余应力的实测材料属性-随机多弹丸喷丸模型。分析了喷丸工艺参数对于残余压应力分布及表面微观形貌等的影响规律,并将模型结果与试验结果进行对比,残余应力预测与测试误差最大不超过18%,验证了喷丸数值模型的有效性。（3）研究喷丸覆盖率对表面完整性参数的影响。基于试验表征结果及仿真分析结果探究喷丸覆盖率对残余应力、表面形貌、硬度、等效塑性应变、金相组织及晶粒度等表面完整性参数的影响规律。结果表明,对试件进行喷丸处理后,其轴向和切向残余应力分布趋于一致,随着覆盖率从100%增加到400%,表面残余压应力从-628 MPa线性增加到-705 MPa。发现受喷丸影响的残余压应力厚度与最大残余压应力出现深度的比值为相对定值,一般在3.6～4.3的范围内。此外喷丸处理会使表面硬度从690 HV提高到740 HV,随着覆盖率增加表面粗糙度参数Sa、Sq、S5z和Sku逐渐减小。（4）分析喷丸设备工艺参数对喷丸强度的影响规律。通过大量的喷丸工艺参数试验并结合随机森林算法分析了喷丸气压、流量、距离等喷丸设备工艺参数对于喷丸强度的影响规律。结果表明,喷丸强度随着喷射压力的增加近似呈线性增加;随着喷射流量的增加而减小;随着喷射距离的增加,呈现出先增加后减小的变化趋势。工艺参数对喷丸强度的影响重要程度依次为弹丸直径（36.73%）、喷丸气压（32.07%）、喷射流量（23.11%）和喷射距离（8.1%）。（5）探究喷丸强度对表面完整性参数的影响。开展喷丸强度范围0.15～0.55mm A试验及仿真研究,阐明喷丸强度对表面完整性参数影响规律。研究发现,随喷丸强度增加,表层残余压应力近似线性减小,最大残余应力值及其深度和残余应力影响层深均呈现出线性增加的变化趋势。并且随着喷丸强度增加,表面粗糙度参数Sa及Sq从未喷丸时的0.62μm及0.78μm线性增加到1.64μm及2.1μm。同时表面粗糙度Sq与表面维氏硬度之间存在近似线性的变化趋势,表明可在一定程度上使用粗糙度参数Sq来预测喷丸后表面硬度的变化趋势。